Организмы и их среды обитания

Организмы и среды их обитания

Мы часто говорили о "среде  обитания", "среде жизни" и  не давали этому понятию точного  определения. Интуитивно мы понимали под "средой" все то, что окружает организм и так или иначе на него влияет. Влияния среды на организм - и есть экологические факторы, которые  мы изучали на предыдущих уроках. Иными  словами, среда жизни характеризуется  определенным набором экологических  факторов.

Общепризнанным определением среды является определение Николая  Павловича Наумова: СРЕДА - все, что  окружает организмы, прямо или косвенно влияет на их состояние, развитие, выживание  и размножение.

На Земле существует огромное разнообразие условий сред жизни, что  обеспечивает разнообразие экологических  ниш и их "заселение". Однако, не смотря это разнообразие, различают  четыре качественно различные среды  жизни, обладающие специфическим набором  экологических факторов, а следовательно - требующих и специфического набора адаптаций. Вот эти среды жизни: наземно-водушная (суша); водная; почва; другие организмы.

Познакомимся с особенностями каждой из этих сред.

Водная среда жизни

По мнению большинства  авторов, изучающих возникновение  жизни на Земле, эволюционно первичной  средой жизни была именно водная среда. Этому положению мы находим не мало косвенных подтверждений. Прежде всего, большинство организмов не способны к активной жизнедеятельности без поступления воды в организм или, по крайней мере, без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Так, содержание солей в крови человека (поддерживаемое на относительно постоянном уровне) близко к таковому в океанической воде. Свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни.

Пожалуй, главной отличительной  особенностью водной среды является ее относительная консервативность. Скажем, амплитуда сезонных или суточных колебаний температуры в водной среде намного меньше, чем в наземно-воздушной. Рельеф дна, различие условий на различных глубинах, наличие коралловых рифов и проч. создают разнообразие условий в водной среде.

Особенности водной среды  проистекают из физико-химических свойств  воды. Так, большое экологическое  значение имеют высокая плотность  и вязкость воды. Удельная масса  воды соизмерима с таковой тела живых  организмов. Плотность воды примерно в 1000 раз выше плотности воздуха. Поэтому водные организмы (особенно, активно движущиеся) сталкиваются с  большой силой гидродинамического сопротивления. Эволюция многих групп  водных животных по этой причине шла  в направлении формирования формы  тела и типов движения, снижающих  лобовое сопротивления, что приводит к снижению энергозатрат на плавание. Так, обтекаемая форма тела встречается у представителей различных групп организмов, обитающих в воде, - дельфинов (млекопитающих), костистых и хрящевых рыб.

Высокая плотность воды является также причиной того, что механические колебания (вибрации) хорошо распространяются в водной среде. Это имело важное значение в эволюции органов чувств, ориентации в пространстве и коммуникации между водными обитателями. Вчетверо большая, чем в воздухе, скорость звука в водной среде определяет более высокую частоту эхолокационных сигналов.

В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, которая характерна для наземных форм и связана с силами гравитации. Поэтому есть целая группа водных организмов (как растений, так и  животных), существующих без обязательной связи с дном или другим субстратом, "парящих" в водной толще.

Электропроводность открыла  возможность эволюционного формирования электрических органов чувств, обороны  и нападения.

НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ СРЕДА  ЖИЗНИ

Наземно-воздушная среда  характеризуется огромным разнообразием  условий существования, экологических  ниш и заселяющих их организмов. Надо отметить, что организмы играют первостепенную роль в формировании условий наземно-воздушной среды  жизни, и прежде всего - газового состава  атмосферы. Практически весь кислород земной атмосферы имеет биогенное происхожение.

Основными особенностями  наземно-воздушной среды является большая амплитуда изменения  экологических факторов, неоднородность среды, действие сил земного тяготения, низкая плотность воздуха. Комплекс физико-географических и климатических  факторов, свойственных определенной природной зоне, приводит к эволюционному  становлению морфофизиологических адаптаций организмов к жизни  в этих условиях, многообразию форм жизни.

 

Высокое содержание кислорода  в атмосфере (около 21%) определяет возможность  формирования высокого (энергетического) уровня обмена веществ.

Атмосферный воздух воздух отличается низкой и изменчивой влажностью. Это обстоятельство во многом лимитировало (ограничивало) возможности освоения наземно-воздушной среды, а также направляло эволюцию водно-солевого обмена и структуры органов дыхания.

Почва как среда жизни

Почва является результатом  деятельности живых организмов. Заселявшие наземно-воздушную среду организмы  приводили к возникнвению почвы как уникальной среды обитания. Почва представляет собой сложную систему, включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую фазу (почвенная влага) и газообразную фазу. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности почвы как среды жизни.

Важной особенностью почвы  является также наличие определенного  количества органического вещества. Оно образуется в результате отмирания  организмов и входит в состав их экскретов (выделений).

Условия почвенной среды  обитания определяют такие свойства почвы как ее аэрация (то есть насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезоный, разногодичный ход температур). Термический режим, по сравнению с наземно-воздушной средой, более консервативный, особенно на большой глубине. В целом, почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни.

Вертикальные различия характерны и для других свойств почвы, например, проникновение света, естетсвенно, зависит от глубины.

Многие авторы отмечают промежуточность  положения почвенной среды жизни  между водной и наземно-воздушной  средами. В почве возможно обитание организмов, обладающих как водным, так и воздушным типом дыхания. Вертикальный градиент проникновения света в почве еще более выражен, чем в воде. Микроорганизмы встречаются по всей толще почвы, а растения (в первую очередь, корневые системы) связаны с наружными горизонтами.

Для почвенных организмов характерны специфические органы и  типы движения (роющие конечности у  млекопитающих; способность к изменению  толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела (округлая, вольковатая, червеобразная); прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов. Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т.д.

 

ОРГАНИЗМ КАК СРЕДА  ОБИТАНИЯ

Живой организм может также  служить средой обитания - для паразитов  и симбионтов. Например, человеческий организм является средой обитания для  огромного числа различных симбионтов (прежде всего, нормальной микрофлоры кишечника), а не редко - и паразитов (разнообразных плоских и круглых  червей, простейших).

Организм как среда  обитания характеризуется определенным постоянством (гомеостазом). В то же время некоторые виды паразитов  вынуждены противостоять агрессивной  среде организма (например, агрессивной  среде желудочно-кишечного тракта) и иммунной системе орагинзма.

Организм, как правило, обеспечивает паразитов и симбионтов питательными веществами, находящимися в доступной  форме и не требующими дальнейшего  пищеварения и переработки. Поэтому  у большинства паразитов наблюдается  упрощение строения (редукция) органов  пищеварения. Стратегия их выживания  направлена на оставление как можно  большего числа потомков, формирование защитных механизмов и приспособлений к рапространению.

Паразитизм и симбиотические взаимоотношения будут нами подробно рассмотрены на одном из уроков, посвященном видам взаимоотношений  между организмами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жизненные формы организмов

 

 Определённые типы  внешнего строения, возникшие как  приспособления к экологическим  условиям местообитания, называют  жизненными формами организмов.

Среди приспособлений организмов к условиям среды, возникших в  результате эволюции, наиболее наглядными можно считать приспособления (адаптации), проявляющиеся в особенностях внешнего строения растений и животных. Их называют морфологическими (от греч. морфе ― форма). Определенные типы внешнего строения, возникшие как приспособления к экологическими условиям местообитаний, называют жизненными формами организмов.

Жизненные формы у растений и животных очень разнообразны. Они  выделяются по совокупности признаков  строения и образа жизни. Так, наиболее широко распространенные жизненные  формы растений ― деревья, кустарники, травы. Последние делятся на водные и наземные, среди которых, в свою очередь, также выделяются разнообразные формы. Яркие примеры приспособлений к суровым условиям среды дают такие жизненные формы растений, как суккуленты (в засушливом климате), лианы (при недостатке света), стланики и растения-подушки (в тундрах, высокогорьях с низкой температурой и сухостью при сильных ветрах).

Жизненные формы животных выделяются по разным признакам для  разных систематических групп. Так, для зверей одними из основных признаков  для выделения жизненных форм, помимо среды обитания, считаются  способы передвижения (ходьба, бег, прыжки, плавание, ползание). Характерными чертами внешнего строения наземных прыгунов, например, являются длинные  задние конечности с сильно развитой мускулатурой бедер, длинный хвост, короткая шея. К ним относятся  обычно обитатели открытых пространств: азиатские тушканчики, австралийские  кенгуру, африканские прыгунчики и  другие прыгающие млекопитающие, живущие  на разных континентах.

Жизненные формы птиц различают  по типу их местообитания и способу  добывания пищи, а у рыб ―  в основном по форме тела. Жизненные  формы обитателей водоемов также  выделяют по типу их местообитаний. Так, в водной толще мелкие организмы  образуют планктон (от греч. планктос ― блуждающий), то есть совокупность организмов, живущих во взвешенном состоянии и неспособных противостоять течениям. Обитатели грунта образуют бентос (от греч. бентос ― глубина). К отдельным жизненным формам относятся организмы, живущие у поверхностной пленки воды или на различных твердых субстратах.

Сходные жизненные формы  возникли в результате эволюции, происходящей в сходных экологических условиях у систематически разных организмов: например, кенгуру и тушканчики, дельфины и рыбы, птицы и летучие мыши, черви и змеи и т. д.

Нельзя считать, что, претерпев  ряд глубоких изменений в процессе эволюции и достигнув большого разнообразия, живая природа застыла в неизменном облике. Она продолжает меняться. И  эта способность организмов к  изменению является важнейшим фактором, обеспечивающим соответствие между  организмами и средой их обитания.

 

 

 

 

 

экология популяций

Теги: экология, устойчивое развитие, курс лекций, демэкология

Основные вопросы и  краткое содержание: 

1. Понятие и критерии  популяции 

2. Статические характеристики  популяции (численность, плотность,  половой и возрастной состав)

3. Динамические характеристики  популяции (рождаемость, смертность, скорость роста) 

4. Рост и регуляция численности  популяции 

Для глубокого понимания  взаимодействия организмов с окружающей средой, их эволюции и места в  биосфеоре, а также для решения ряда практических вопросов, связанных с освоением человеком живой природы, понятие популяции чрезвычайно важно.

Популяция - совокупность особей одного вида, в течение длительного  времени (большое число поколоений) населяющих определенное пространство и способных свободно скрещиваться (панмиксия). Любая популяция обладает следующими особенностями: 1) существование ее на протяжении большого числа поколений; 2) наличие определенной степени панмиксии, т.е. свободного скрещивания особей; 3) определенная степень изоляции популяции.

Популяции имеют определенные экологические характеристики, которые  отсутствуют у отдельных ее членов, а именно: 1) своя особая ниша, занимаемая популяцией; 2) численность и биомасса популяции; 3) динамические характеристики популяции - рождаемость, скорость роста, смертность, выживаемость. Экологическая  ниша - это совокупность всех требований популяции к условиям среды (составу  и режимам экологических факторов) и места, где эти требования выполняются. Другими словами экологичемкая ниша отражает функциональную роль популяции в сообществе живых организмов. Численность популяции может сильно варьировать у разных организмов. Как правило, численность популяций крупных животных сравнительно невелика и может составлять несколько сотен особей; численность популяций мелких организмов (беспозвоночных, одноклеточных) может достигнуть миллионов особей. В связи с проблемой сохранения на планете исчезающих и редких видов необходимо знать, что популяции с малым числом особей неустойчивы и могут исчезнуть при определенных изменениях условий обитания.

 

Численность популяции обычно подвержена большим колебаниям во времени  и обусловлена многими воздействиями  со стороны как живой, так и  неживой природы. Эти колебания  осложняют планирование эксплуатации данной популяции, поскольку ежегодное  изъятие (отстрел, промысел) одного и  того же числа особей может означать, что в один год будет изъято 5% особей, а в другой год, когда  численность популяции упадет, например в 10 раз, - целых 50% от существующего  состава популяции. С численностью популяции неразрывно связана биомасса популяции, которая является важнейшей  ее характеристикой. Именно биомассу полезных видов растений и животных человек  потребляет, поэтому как для организмов, так и для практических нужд человека крайне важной является скорость образования  биомассы. В сельском и лесном хозяйстве  от численности растительноядных видов  зависит наносимый ими ущерб. Не зная фактической численности  и состояния популяций редких и исчезающих видов, невозможно вести работы по их охране и воспроизводству. Для сравнения численности отдельных популяций или учета изменений численности одной и той же популяции в разные отрезки времени (например в разные годы) пользуются таким показателем, как плотность. Плотность - это численность популяции, отнесенная к единице занимаемого ею пространства. Например, плотность популяции лося и других крупных животных определяется количеством особей, приходящихся на 10 тыс. га, население почвенных беспозвоночных соотносится с 1 м2. Зная изменения плотности во времени или пространстве, можно установить, увеличивается или уменьшается численность особей, представляет или нет данная популяция угрозу хозяйственным интересам. Выше перечисленные характеристики относятся к статическим.